混合無功補(bǔ)償變電站內(nèi)特快速暫態(tài)波幅頻特性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及特高壓混合無功補(bǔ)償變電站技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種特高壓混合無功 補(bǔ)償變電站內(nèi)特快速暫態(tài)波幅頻特性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓交流電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)、資源優(yōu)化配置和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，但隨著 系統(tǒng)輸送功率增大，無功功率變化更加頻繁，會(huì)對系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。其影響 主要體現(xiàn)在系統(tǒng)阻抗限制輸送功率增長和過電壓限制與輸送大功率無功需求形成矛盾兩 方面，采用串補(bǔ)、分級可控高抗相協(xié)調(diào)的混合無功補(bǔ)償方式是解決上述問題較為理想的方 案。
[0003] 當(dāng)混合無功補(bǔ)償裝置安裝在特高壓變電站內(nèi)時(shí)，氣體絕緣設(shè)備（GIS)中隔離開關(guān) (DS)分合會(huì)產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓（VFTO)以及快速暫態(tài)過電流（VFTC)的幅頻特性會(huì)受到 補(bǔ)償裝置的影響，會(huì)對電氣設(shè)備絕緣和其控制系統(tǒng)產(chǎn)生威脅。
[0004] 國內(nèi)外對常規(guī)線路的VFTO和VFTC的機(jī)理特性、影響因素、危害與防護(hù)進(jìn)行了大量 的研究，比如，提出一種基于時(shí)域有限元的計(jì)算方法，得到傳輸線上各點(diǎn)的電壓與電流值。 根據(jù)GIS隔離開關(guān)的電場分布，采用有限元分析方法建立三維靜電場數(shù)學(xué)模型。進(jìn)行特高 壓變電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)對隔離開關(guān)動(dòng)作所產(chǎn)生VFTO的幅頻特性的暫態(tài)分析。分析了不同抑制 設(shè)備作用下VFTO、VFTC變化規(guī)律以及各種抑制方法的優(yōu)劣等等。上述研究對VFTO的產(chǎn)生 機(jī)理、影響因素及抑制方法進(jìn)行了深入分析，但尚未有涉及含有混合無功補(bǔ)償裝置變電站 VFTO幅頻特性的研究，也尚未有特快速暫態(tài)波作用下的混合無功補(bǔ)償集中參數(shù)等效模型提 出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種特高壓混合無功補(bǔ)償變電站內(nèi) 特快速暫態(tài)波幅頻特性分析方法，該方法充分考慮特快速暫態(tài)波的傳輸特性，通過分析特 快速暫態(tài)波頻率的主要影響因素，得到了變電站內(nèi)不同位置DS閉合時(shí)混合無功補(bǔ)償裝置 端口 VFTO的幅頻特性，可以為特高壓變電站內(nèi)部設(shè)計(jì)提供理論支撐，具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種混合無功補(bǔ)償變電站內(nèi)特快速暫態(tài)波幅頻特性分析方法，包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)特高壓混合無功補(bǔ)償變電站內(nèi)混合無功補(bǔ)償裝置的組成以及特高壓混合 無功補(bǔ)償變電站內(nèi)傳輸線路的架構(gòu)，分別建立混合無功補(bǔ)償裝置等效模型和傳輸線模型；
[0009] (2)將混合無功補(bǔ)償裝置以及變電站內(nèi)其他電力設(shè)備進(jìn)行等效，得到變電站內(nèi)系 統(tǒng)等效模型；
[0010] (3)根據(jù)變電站內(nèi)系統(tǒng)等效模型，結(jié)合傳輸線模型，得到變電站內(nèi)系統(tǒng)分布參數(shù)等 值電路；
[0011] (4)分別求取GIS內(nèi)部和可控高抗端口的電壓、電流的頻域函數(shù)表達(dá)式；
[0012] (5)通過上述時(shí)域函數(shù)表達(dá)式分析GIS中DS閉合過程中，可控高抗等效電容心分 別對在GIS內(nèi)部以及可控高抗端口處產(chǎn)生的VFTO的幅頻的影響；
[0013] (6)通過上述時(shí)域函數(shù)表達(dá)式分析串補(bǔ)裝置中DS閉合過程中，對在可控高抗端口 處產(chǎn)生的VFTO的幅頻的影響。
[0014] 所述步驟⑴中，特高壓混合無功補(bǔ)償變電站內(nèi)混合無功補(bǔ)償裝置包括：串補(bǔ)裝 置和分級可控高抗；串補(bǔ)裝置包括：電容器組、氧化鋅避雷器、火花間隙、旁路斷路器和阻 尼裝置；電容器組、氧化鋅避雷器、火花間隙和旁路斷路器依次并聯(lián)連接，阻尼裝置連接在 氧化鋅避雷器和火花間隙之間；
[0015] 分級可控高抗包括：高阻抗變壓器、串聯(lián)電抗、機(jī)械開關(guān)和晶閘管；高阻抗變壓器 與串聯(lián)電抗串聯(lián)連接，機(jī)械開關(guān)和晶閘管并聯(lián)連接組成并聯(lián)支路一，串聯(lián)電抗分級與并聯(lián) 支路一并聯(lián)連接，通過開斷晶閘管進(jìn)行感性無功功率調(diào)節(jié)。
[0016] 所述步驟（1)中，建立的混合無功補(bǔ)償裝置等效模型包括：串補(bǔ)裝置等效模型和 分級可控高抗等效模型；
[0017] 串補(bǔ)裝置等效模型具體為：依次并聯(lián)的等效電容CD、Ce、CM、4和C s，在等效電容Cm 和Ch之間串聯(lián)等效電容C ^
[0018] 分級可控高抗等效模型具體為：等效電容C12的一端與等效電容C1連接，等效電容 C12的另一端與等效電容C 2連接，等效電容C i和等效電容C 2的另一端均接地；
[0019] 其中，Cd為旁路開關(guān)，Ce為電容器組，Cm為避雷器，C h為火花間隙，q為阻尼裝置， Cs為旁路斷路器，C i為原邊入口電容，C2為副邊入口電容，C 12為原、副邊轉(zhuǎn)移電容。
[0020] 所述步驟（2)中，所述變電站內(nèi)系統(tǒng)等效模型建立的時(shí)候，變壓器、斷路器暫態(tài)等 效模型采用固定電容表示，站內(nèi)的其它電力設(shè)備等效波阻抗與母線相近，等效為固定長度 的母線，假定不發(fā)生電暈，省略線路的并聯(lián)電導(dǎo)；
[0021] 得到的變電站內(nèi)系統(tǒng)等效模型具體為：
[0022] 電力變壓器等效電容Ct、隔離開關(guān)DS、斷路器與隔離開關(guān)之間的母線M1、斷開狀態(tài) 斷路器CB、斷路器與末端之間母線M 2、空載側(cè)架空線路W1、串補(bǔ)對地雜散電容(^依次串聯(lián) 連接；串補(bǔ)裝置Zc和串補(bǔ)對地雜散電容C m串聯(lián)后與串補(bǔ)對地雜散電容C μ并聯(lián)連接；可控 高抗Zr-端連接在斷路器與末端之間母線M2和空載側(cè)架空線路W i之間，另一端接地；隔離 開關(guān)DS兩端分別連接電源側(cè)電壓Us和空載側(cè)架空線路W i之間。
[0023] 所述步驟⑷中，GIS內(nèi)部電壓、電流的拉普拉斯頻域函數(shù)表達(dá)式Ua(S)、I a(S)分 別為：
[0024]
[0025] 其中，s為拉普拉斯算子，P1為隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)變電站內(nèi)VFTO與VFTC的自然振蕩 頻率，i = 1…n ;US(s)為隔離開關(guān)電源側(cè)的拉普拉斯變換式，Za(S)為空載側(cè)GIS內(nèi)部等效 阻容的拉普拉斯變換式，Zd(S)為斷路器與隔離開關(guān)之間的母線等效阻抗的拉普拉斯變換 式，U a(S)為GIS內(nèi)部電壓的拉普拉斯變換式，Na(S)A1 (S)與Ma(S)分別表不Ua(S)的分子、 分母與IA(s)的分子，n 2ii(i = Ρ··η)和m2ii(i = Ρ··η)為待定系數(shù)，應(yīng)用求極限的方法確 定待定系數(shù)的值。
[0026] 所述步驟（4)中，可控高抗端口的電壓、電流的拉普拉斯頻域函數(shù)表達(dá)式UB(s)、 IB(s)分別為：
[0027]
[0028]
[0029] 其中，Ua(S)為GIS內(nèi)部電壓的拉普拉斯變換式，Zb(S)為空載側(cè)可控高抗端口處 等效阻容的拉普拉斯變換式，Z ab(S) = Zb (s)+Ze2, Ze2為斷路器與末端之間母線等效阻抗的 拉普拉斯變換式，Ye2為斷路器與末端之間母線等效導(dǎo)納的拉普拉斯變換式，Z R (s)為可控高 抗的暫態(tài)等效電路參數(shù)的拉普拉斯變換式，Cb為斷路器斷口電容。
[0030] 所述步驟（5)中，GIS中DS閉合過程中，可控高抗等效電容(^分別對在GIS內(nèi)部 以及可控高抗端口處產(chǎn)生的VFTO的幅頻的影響具體為：
[0031] 串補(bǔ)裝置電容等效參數(shù)較大，在特快速暫態(tài)波作用下相當(dāng)于短路，基本不會(huì)對 VFTO產(chǎn)生影響。
[0032] 所述步驟（5)中，GIS中DS閉合過程中，可控高抗等效電容(^分別對在GIS內(nèi)部 以及可控高抗端口處產(chǎn)生的VFTO的幅頻的影響具體為：
[0033] GIS內(nèi)部以及可控高抗端口處產(chǎn)生的VFTO的自然振蕩角頻率在一定的頻率范圍 內(nèi)，隨著可控高抗等效電容(^的增大而減小；通過調(diào)整可控高抗的補(bǔ)償度從而改變可控高 抗等效電容C r的幅值，能夠調(diào)節(jié)VFTO的頻率；
[0034] 通過增加可控高抗等效電容Cr，能夠降低可控高抗端口的VFTO峰值。
[0035] 所述